第三代移動通信主流技術標準比較

2019-11-03 09:12:30

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

邢燕霞楊波

　　近幾年，全球移動通信迅速發展，發達國家的移動電話普及率已經達到70％以上，有的地區甚至接近100％。在我國截止到2003年7月底，移動用戶數量已經達到2.4億，且仍然具有良好的發展勢頭。由于頻率資源的緊張和對更多業務的需要，2G網絡已經不能滿足需要，3G是發展的必然趨勢。ITU針對3G規定了五種陸地無線技術，其中WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA是三種主流技術。

　　在三種技術中，WCDMA和cdma2000采用頻分雙工（FDD）方式，需要成對的頻率規劃。WCDMA即寬帶CDMA技術，其擴頻碼速率為3.84Mchip/s，載波帶寬為5MHz，而cdma2000的擴頻碼速率為1.2288Mchip/s，載波帶寬為1.25MHz；另外，WCDMA的基站間同步是可選的，而cdma2000的基站間同步是必需的，因此需要全球定位系統（GPS），以上兩點是WCDMA和cdma2000最主要的區別。除此以外，在其它關鍵技術方面，例如功率控制、軟切換、擴頻碼以及所采用分集技術等都是基本相同的，只有很小的差別。

　　TD－SCDMA采用時分雙工（TDD）、TDMA/CDMA多址方式工作，擴頻碼速率為1.28Mchip/s，載波帶寬為1.6MHz，其基站間必須同步，與其他兩種技術相比采用了智能天線、聯合檢測、上行同步及動態信道分配、接力切換等技術，具有頻譜使用靈活、頻譜利用率高等特點，適合非對稱數據業務。

　　在我國，2G運營商只有兩家，競爭還不充分，因此還將引入新的移動運營商，如果新移動運營商選擇建設3G網絡，就要考慮標準的穩定性、系統性能、設備成熟性、漫游能力、業務提供能力以及知識產權等方面的因素，下面就這幾個方面對WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA進行比較分析。

標準穩定性

　　WCDMA標準由3GPP組織制訂，目前已經有四個版本，即R99、R4、R5和R6，其中R99版本已經穩定，目前處于完善過程中。它的主要特點是無線接入網采用WCDMA技術，核心網分為電路域和分組域，分別支持話音業務和數據業務，并提出了開放業務接入（OSA）的概念，目前的設備多基于R99版本，最高下行速率可以達到384kbit/s。R4版本是向全分組化演進的過渡版本，與R99比較其主要變化在電路域引入了軟交換的概念，將控制和承載分離，話音通過分組域傳遞，另外，R4中也提出了信令的分組化方案，包括基于ATM和IP的兩種可選形式。R5和R6是全分組化的網絡，在R5中提出了高速下行分組接入（HSDPA）的方案，可以使最高下行速率達到10Mbit/s，目前標準仍在制訂中。

　　cdma2000標準由3GPP2組織制訂，版本包括Release0、ReleaseA、EV－DO和EV－DV，Release0的主要特點是沿用基于ANSI－41D的核心網，在無線接入網和核心網增加支持分組業務的網絡實體，此版本已經穩定。聯通即將開通的CDMA二期工程采用的就是這個版本，單載波最高上下行速率可以達到153.6kbit/s。ReleaseA是Release0的加強，單載波最高速率可以達到307.2kbit/s，并且支持話音業務和分組業務的并發。EV－DO采用單獨的載波支持數據業務，可以在1.25MHz標準載波中支持平均速率為600kbit/s、峰值速率為2.4Mbit/s的高速數據業務，到EV－DV階段，可在一個1.25MHz的標準載波中，同時提供語音和高速分組數據業務，最高速率可達3.1Mbit/s。

　　TD－SCDMA標準也由3GPP組織制訂，目前采用的是中國無線通信標準組織（ChinaWirelessTelecommunicationStandard，CWTS）制訂的TSM（TD－SCDMAoverGSM）標準，基于TSM標準的系統其實就是在GSM網絡支持下的TD－SCDMA系統。TSM系統的核心思想就是在GSM的核心網上使用TD－SCDMA的基站設備，其A接口和Gb接口與GSM完全相同，只需對GSM的基站控制器進行升級。一方面利用3G的頻譜來解決GSM系統容量不足，特別是在高密度用戶區容量不足的問題，另一方面可以為用戶提供初期最高達384kbit/s的各種速率的數據業務，所以基于TSM標準的TD－SCDMA系統對已有GSM網的運營商是一種很好的選擇。以后TD－SCDMA將融入3GPP的R4及后續標準中。

　　在標準的完整性方面，三種技術在無線接入技術方面都有完整的定義和提高速率的方案，在核心網技術方面，都有向分組化演進的路線，但3GPP在標準規范方面的思路更清晰。在業務、網管、計費相關規范方面，3GPP的定義更嚴謹、更完善。

系統性能

　　系統性能主要表現為系統容量和覆蓋，對于蜂窩系統來說，單純從理論上計算單小區的容量是沒有實際意義的，只能作為參考，必須從蜂窩組網的情況來考察，一般系統容量可以通過系統仿真和實測來獲得，下面主要對這兩個方面進行比較。

首先是容量。

　　在討論無線系統的容量時，不能脫離具體的業務和無線環境，因此在采用CDMA技術的系統中，空中接口的容量與業務的Eb/I0（比特能量與干擾功率密度之比）、增益處理、其它小區的干擾、基站發射功率和信道碼的數量均有關系，下面分別說明對于話音業務和高速分組數據業務，三種技術的容量差別。

　　對于話音業務，由于三種系統載波帶寬不同，一般比較單位帶寬內的平均容量。雖然不同公司在進行系統仿真時設定的條件不完全相同，但是WCDMA和cdma2000的結果相近，TD－SCDMA也沒有大的差別。對于數據業務容量，一般用系統的單位帶寬內的數據吞吐量來表示，3G引入了多種速率的數據業務，即使是對同一系統，不同的業務組合也會產生不同的數據吞吐量。一般對數據吞吐量的比較都針對同一小區內用戶均使用相同速率的數據業務，從仿真的結果看，對于中低速數據，WCDMA和cdma2000是基本相當的，但是WCDMA在高速數據業務上具有優勢。TD－SCDMA由于其技術特點，在理論上具有較高的頻譜效率，適合提供數據業務，但還需要得到更多試驗的驗證。

其次是覆蓋。

　　基站的覆蓋范圍主要由上下行鏈路的最大允許損耗和無線傳播環境決定。在工程上一般通過上下行鏈路預算，來估算基站的覆蓋范圍，在相同的頻帶內，WCDMA和cdma2000的覆蓋基本相同。由于TD－SCDMA采用TDD方式，在覆蓋上要遜于采用FDD方式的其它兩種技術。

　　總之，WCDMA和cdma2000同為FDD的CDMA技術，技術上沒有本質差別，許多仿真和現場試驗結果反映系統性能基本相當。TD－SCDMA與其它兩種技術有較大差別，要做更多的仿真和試驗驗證其性能。

業務提供能力

　　目前業務的競爭已經成為現有運營商的競爭焦點，對于新的移動運營商也不例外，只有能夠提供全方位的大眾業務和特色業務，才能更多地爭取用戶，提高競爭力。

　　3GPP和3GPP2都對業務分類和業務生成機制進行了規范，在業務種類方面二者基本相同，包括基本話音業務、補充業務以及多種數據業務。在業務生成機制方面，3GPP中定義了多種業務生成機制，例如基于網絡的OSA和用戶化應用移動網絡增強邏輯（CustomisedapplicationforMobileNetworkEnhancedLogic，CAMEL）、移動執行環境（MobileExecutionEnvironment，MExE）和USAT（USIMApplicationToolkit，USIM應用工具箱，其中USIM是UniversalSubscriberIdentityModule通用用戶識別模塊）等。這些機制都著眼于能使運營商方便快速地提供業務，并本著業務的提供和基礎網絡相分離的原則，使得業務可以由運營商以外的第三方提供，在業務和網絡之間采用開放的標準接口，業務的開發主要由IT開發人員來完成，運營商負責網絡的運營和對眾多的業務提供商的組織和管理。3GPP2也提出了相應的業務理念，在智能網方面有WIN規范，在開放業務體系方面，目前并無相關規范，打算采用3GPP的OSA概念。所以3GPP2在開放業務體系方面起步較晚，沒有3GPP完善。

　　總之，3GPP組織在業務規范上更完善，目前除了基于CAMEL的智能網業務以外，其他業務方式還未得到廣泛應用，但它們為將來的業務開發奠定了良好的基礎。目前，高通公司推出的BREW（BinaryRuntimeEnvironmentforWireless）業務是一種非標準化的業務，它為無線業務提供了端到端的解決方案，包括向應用開發者提供BREW軟件開發工具包，向設備制造商提供BREW應用平臺，向運營商提供控制和管理BREW的分發系統，向最終用戶提供應用下載能力，BREW目前主要應用于cdma2000系統。

設備成熟度

　　設備成熟度是運營商建設網絡要考慮的一個重要因素，它關系到網絡運行的穩定性、可靠性。從目前的情況看，cdma2000是最成熟的，尤其在終端方面，商用終端種類達到一百多種（使用頻段在800MHz～1.9GHz），用戶可以有更多的選擇。cdma2000已經在韓國、日本、美國、加拿大等國家運營，截止到2002年底用戶總數達到2700萬。WCDMA的R99版本的系統產品也基本成熟，終端仍是開展業務的瓶頸，目前商用終端種類只有十種左右（使用頻段為2GHz）。已經開通的商用網絡主要是日本NTTDoCoMo和2002年底剛剛開通的J－phone的網絡，用戶數在15萬左右。

　　目前，不論在系統還是終端方面，TD－SCDMA的產品成熟度都落后于WCDMA和cdma2000，尚無商用網絡開通，還缺少網絡規劃和測試的工具。在系統方面，預計2003年將先推出基于TSM的產品，基于3GPPR4核心網的產品尚在研發；在終端方面，有推出多模終端的計劃，但將先推出GSM/TD－SCDMA雙模終端，GSM/WCDMA/TD－SCDMA三模終端的推出時間將會更晚。

漫游能力

　　良好的全球漫游能力有利于與其他運營商的合作和吸引高端用戶，影響漫游能力的主要因素包括運營商的采用情況、使用頻段以及信令的互通性。從運營商的選擇看，雖然cdma2000的商用早于WCDMA和TD－SCDMA，而且應用范圍也較廣，但是從全球主要運營商的選擇來看，80％的運營商選擇WCDMA技術，這就為WCDMA的漫游能力提供了良好的發展機會。

　　從使用的頻段看，cdma2000多采用帶內演進的方式實現，即多數運營商使用cdmaOne的800MHz頻段，WCDMA多采用ITU規定的2GHz頻段。在我國，信息產業部已經公布了3G的頻率規劃，可以看出，對于FDD和TDD方式都是首先啟用2GHz頻段。

　　從信令互通性看，在核心網方面，WCDMA基于GSM的移動應用協議（MAP），用戶識別使用和GSM系統相同的IMSI（國際移動用戶識別），實踐證明具有良好的互通性。cdma2000采用基于cdmaOne的ANSI－41協議，用戶識別使用基于MIN的IMSI，雖然在技術上實現互通不成問題，但要對系統進行升級，實踐證明這些都影響了漫游能力。TD－SCDMA目前還沒有商用網絡，其漫游將有賴于多模終端的出現。

知識產權的影響

　　由于知識產權對設備廠商的生產成本有一定影響，所以也會影響到運營商的建網成本。知識產權問題十分復雜，這里只作簡單分析。

　　WCDMA主要的專利技術分布在多個專利擁有者手中，其中最主要的由愛立信、諾基亞、高通、西門子、DoCoMo公司擁有，目前，以NTTDoCoMo、愛立信、諾基亞、西門子為首的WCDMA聯盟率先共同提出專利許可計劃，該計劃把WCDMA的累計專利費率控制在5％以下。

　　cdmaOne的絕大部分核心專利都由高通公司擁有，在cdma2000專利中，其它公司也聲稱擁有基本專利，其主要原因是在cdma20001x/EV－DO/EV－DV的標準中，其它公司的專利多了起來，雖然高通擁有的專利較多，但優勢已經在cdmaOne中減小。

　　TD－SCDMA技術由大唐電信提出，因此在這方面具有較多的基本專利，一般認為TD－SCDMA的基本專利主要集中在大唐和西門子手中，高通也占一部分，這些專利多為核心專利，地位和作用都更為重要。但最近其它公司也聲稱擁有TD－SCDMA基本專利，其主要原因是大唐電信的專利主要集中在空中接口物理層面上，核心網技術的專利較少，其它公司聲稱的專利主要集中在核心網方面。與WCDMA和cdma2000相比，顯然國有企業擁有TD－SCDMA的知識產權更多，在專利談判中更有發言權，有利于降低設備成本。

　　知識產權費用的最終確定決定于談判的結果，這方面有賴于政府的協調和設備廠商及單純專利許可人（例如高通）的配合。

　　從以上分析可以看出，三種技術各有優缺點，并沒有一個單一的完美方案。另外，以上分析都基于現階段的情況，有些因素會隨時間推移而改變，尤其是設備的成熟度問題，所以新運營商應根據網絡建設開始的時間綜合考慮各種影響因素來選擇具體技術。

摘自　人民郵電報

上一篇：3G核心網中的軟交換

下一篇：第三代移動通信WCDMA系統體系架構